660MW超临界锅炉暖风器疏水系统节能优化

660MW超临界锅炉暖风器疏水系统节能优化呼博郝春元谷军生(河北国华定洲发电有限责任公司，河北定州 073000)摘要：本文讨论了锅炉暖风器水侧和汽侧调节的优劣，同时介绍了对暖风器疏水系统的设计优化，将暖风器的疏水改造为回收至凝汽器，在设计和应用上使暖风器疏水的回收利用更趋于合理，从而达到节能降耗、提高电厂经济效益的目的。

关键词：暖风器疏水设计优化1 概述电站锅炉暖风器一般是在我国北方电厂普遍使用，运行方式基本是冬季投运，夏季解列。

目前国内电站锅炉使用的暖风器大多是利用蒸汽作为热源来加热空气，目的是提高锅炉空气预热器一、二次风的进风温度，避免空气预热器冷端换热元件发生低温腐蚀，防止换热元件表面因积灰、结垢，造成空预器堵灰，导致烟风系统阻力的增加。

在实际运行中暖风器及其疏水系统存在着较多的问题，对电厂的节能减排、设备投入率以及补给水率等指标有一定影响。

特别是疏水系统，一旦出现故障，大量疏水无法回收，造成除盐水和热量的很大浪费。

同时疏水系统的问题还可能引起由于疏水不畅导致汽水共存，出现暖风器内部水击撞管产生机械振动及腐蚀，从而发生暖风器开裂、泄漏等事故。

定洲电厂一期暖风器系统调节方式是利用蒸汽侧进行控制调节，疏水方式选择了高压疏水，即通过疏水泵将暖风器疏水回收至除氧器。

二期工程是利用控制疏水进行调节，疏水方式选择了低压疏水，即直排至凝汽器热井。

本文将针对定洲电厂一期暖风器系统在实际运行过程中的经验教训进行总结分析，在二期工程中对暖风器及其疏水系统的优化改造前后效果的对比，为电厂节能减排工作，提高电厂经济效益做出了有益的尝试。

2 暖风器主要技术参数2.1 用汽参数暖风器由辅助蒸汽供汽，额定压力：1.037 MPa，工作温度378.4 ℃；最大压力：1.173 MPa，工作温度378.4℃。

2.2 风温控制要求为防止空气预热器冷端低温腐蚀，要求控制空气预热器冷端综合温度（即烟气出口温度+空气入口温度）在任何工况下等于148±2 ℃。

2.3 暖风器选型要求暖风器换热面积选择一般按将入口冷风从-8℃加热到35℃考虑，并考虑1.2倍的裕量。

3 暖风器疏水调节方式的比较目前在暖风器的调节一般有水侧调节或者汽侧调节两种方式，实质上是选择“调汽”还是“调水”来控制暖风器一、二次风温的问题。

调节阀前置为调汽，通过控制暖风器的供汽量达到调节一、二次风温的目的；调节阀后置是调水，通过控制暖风器中凝结水水位实现调节一、二次风温的目的。

3.1 暖风器调节的基本原理蒸汽侧调节的暖风器传热管内蒸汽压力小于汽源压力，相应的蒸汽饱和温度也有所降低，为满足调节阀的调节性能，一般阀座通径选得较小，在暖风器设计工况下，调节阀全开，阀前后的压差大约为0.1MPa，相应的蒸汽饱和温度降低约 6℃，使得传热能力减弱。

换言之，蒸汽侧调节实际上是将汽源蒸汽人为节流，造成了热能损失后再进行传热过程，由此带来的损失是在相同换热量前提下增大受热面积。

一般传统暖风器的来汽门开度是根据暖风器冷端综合温度来调整的，暖风器疏水量比较大时，将疏水旁路门打开，加大蒸汽流量，避免在内部产生水击。

由于是依靠蒸汽侧调节暖风器蒸汽流量，因此暖风器内部积水不能及时疏尽，这些水过冷后又与热的蒸汽进行热交换，反复混合，就会造成的水击现象。

3.2 疏水侧调节和蒸汽侧调节的优劣对比3.2.1 调节范围比较：蒸汽侧调节的范围是：暖风器内的蒸汽压力（进汽压力—调节阀全开压降）：0.75～0.1MPa；进汽温度：约260℃。

阀后压力过低可能会影响暖风器及其疏水系统运行。

疏水侧调节的范围是：暖风器内的蒸汽压力等于气源压力；温度范围：蒸汽进汽温度至暖风器疏水温度。

由于疏水侧调节使得暖风器内的疏水温度理论上可以接近出风温度，即暖风器的出力调节范围可以达到0～100%。

而对于蒸汽侧调节而言，暖风器的疏水温度很难低于蒸汽饱和温度，所以疏水侧调节的范围大于蒸汽侧调节。

这一点使得疏水侧调节能实现空预器冷端腐蚀所要求的高于环境温度的任意锅炉进风温度数值。

辅汽参数：额定压力1.037 MPa，额定温度378.4 ℃疏水参数：压力P-0.1MPa，温度为饱和水温度或过冷水温度3.2.2 热能利用率的比较对于蒸汽侧调节，暖风器的疏水温度为相应工作压力下的饱和温度，而疏水侧调节理论图1：暖风器自动控制PI系统图上可以使暖风器的疏水温度最低接近暖风器出风温度，大大低于相应工作压力下的蒸汽饱和温度。

由于进汽热源相同，疏水温度低则意味着单位工质的放热量大，所以疏水侧调节使得暖风器的热能利用率高，一般可使暖风器蒸汽消耗量减少10%以上。

3.2.3 蒸汽参数选择余地的比较蒸汽侧调节主要通过蒸汽压力的变化实现调节功能，所以对蒸汽压力的要求较高，如果压力过低就满足不了调节阀调节的要求；疏水侧调节同蒸汽压力无关，蒸汽压力只需要满足疏水系统流动的动力要求。

以下图表是上海发电设备成套设计研究院提供的随着环境温度的变化，暖风器温升、疏水温度等各参数的变化列表。

图2：暖风器节能曲线图表1：温度（℃）-8.00 -8.00 2.80 13.50 24.30暖风器出风温度35.00 35.00 35.00 35.00 35.00暖风器温升43.00 43.00 32.30 21.50 10.80疏水温度181.47 153.07 130.07 107.07 95.07锅炉排烟温度125.00 125.00 125.00 125.00 125.00冷端温度73.00 73.00 73.00 73.00 73.00从计算得到的图示曲线和表格数据可以看出：暖风器疏水的自动控制装置能有效抵消环境温度变化的影响，控制锅炉空气预热器空气进口端的金属壁温为恒温73℃左右，从而动态控制锅炉低温腐蚀；随着环境温度的升高，暖风器出力可自动减小，暖风器出口风温不变，从而使得锅炉排烟温度不会随着环境温度的升高而升高，能有效提高锅炉效率。

通过上述分析可以看出疏水侧调节相比蒸汽侧调节以下几方面的优越性：➢可选择参数较低的蒸汽汽源；➢调节范围大；➢热能利用率高；4 高、低压疏水方式的对比目前国内常见的暖风器疏水一般有两种方式，一种是暖风器高压疏水，即通过暖风器疏水泵将疏水排至除氧器；另一种是低压疏水，即依靠压力差自流至凝汽器。

对于这两种疏水方式的优劣，设计院和各电厂之间看法不一，争论的主要焦点是：高压疏水方案理论上成熟、热量损失小；低压疏水方案系统简单、可靠性高、设备运行维护成本低、投入率高。

图3：暖风器高、低压疏水系统图定洲电厂暖风器疏水系统原设计为高压疏水的方式，即通过疏水泵至除氧器。

暖风器疏水进入疏水箱后分成二路：一路是:正常运行时疏水箱内的疏水经暖风器疏水泵输送到除氧器。

另一路是：锅炉检修和启动初期水质不合格时，疏水排放到空预器冲洗水池。

图3中，虚线框内是暖风器疏水系统的原设计方案，可以概括为“暖风器→疏水箱→疏水泵→除氧器”的方式（以下简称为“至除氧器”方式）；实线部分的系统是定洲电厂改造后的方案，可以概括为“暖风器→疏水器→凝汽器”的方式（以下简称为“至凝汽器”方式）。

4.1 “至除氧器”疏水方式存在的问题暖风器疏水通过疏水泵回收至除氧器，但在疏水回收过程时经常发生管道振动，尤其在疏水箱水位低、疏水泵停止运行时振动更加剧烈，主要原因是停泵时汽水倒流，逆止门受冲击变形不严，而且由于疏水管进入除氧器的接口位置与加热蒸汽管接口相近，停泵后使调节门后的管道内除氧器的蒸汽与疏水（大约80～90℃）形成汽、液两相流动，疏水发生汽化，在运行中产生两相流，导致管路剧烈振动，造成疏水无法回收。

4.1.1 系统复杂、设备可靠性要求高“至除氧器”疏水方式的系统复杂、庞大，疏水箱和疏水泵都要占用较大的空间，为了减少疏水泵入口汽蚀问题,疏水箱还要求有一定的高度形成压头。

同时疏水泵和除氧器的标高相差较大，必须考虑泵足够的扬程。

暖风器疏水是从锅炉0米通过疏水泵回收到26米高的除氧器，所需泵扬程应当为除氧器的最大压头加静压头与沿途损失之和，再取一定的安全系数，根据除氧器最大工作压力为0.7 MPa，计算出来的暖风器疏水泵的扬程应为140～150米。

而定洲电厂实际所选的泵的扬程只有50米，远远小于计算值，无法将疏水排至除氧器，从而导致在冬季暖风器疏水每天约700吨不能实现回收，只能导入定排，造成热量和除盐水的大量损失。

4.1.2 故障环节多，疏水泵易发生汽蚀现象主要的故障环节是疏水箱的立管式水位计故障及疏水泵的经常性汽蚀问题。

由于疏水箱水位计故障多，需要考虑在泵的出口处设计最小流量保护装置。

水位计的故障一方面可能会造成疏水箱的满水甚至向暖风器的倒灌，造成暖风器水击和振动的问题；另一方面可能会造成疏水箱无水，导致疏水泵空转，危害泵的安全。

疏水箱属于压力容器需要有一定的容积进行汽水分离，其中的液位是经过液位计检测并根据设定的高低限去控制疏水泵的启停。

疏水泵的频繁启停和进口区域汽蚀都决定了电机与泵体的高故障率。

4.1.3 造价昂贵、维修量大在实际运行中由于流量较实际要求大。

而暖风器疏水箱设计容积为4 m3，单台泵设计流量50 T/H，水位较高时只需5～10分钟就把疏水箱内凝结水抽空。

故造成暖风器疏水泵频繁启停，给运行人员造成较大负担，并对设备管道造成严重的冲击。

由于疏水系统庞大和复杂，直接带来造价的增加，疏水箱及其水位检测，疏水泵（包括备用）及再循环阀保护，疏水箱和疏水泵的控制系统，包括信号缆及动力缆等等，达到40～50万元。

如果再加上每年的检修维护费用及厂用电的消耗等二次投入就更多了。

4.2 “至凝汽器疏水”方式的优越性从图3 中可以看到：“至凝汽器疏水”系统将“至除氧器疏水”系统简化到仅剩下自动疏水器这一个环节了，即疏水器可靠性就是疏水系统可靠性。

在暖风器工作过程中，一、二次风温依靠调节阀调节凝结水流量大小进行控制，产生的冷凝水被疏水侧的疏水器排出（而不会使蒸汽通过），由于机械型疏水器可以排放饱和温度的冷凝水，同时疏水器的排放能力大于暖风器最大热负荷时冷凝水量的1.5倍，因此暖风器中的凝结水不能在暖风器翅管和联箱中滞留，确保暖风器避免积水而引发的锈蚀、水击、振动以及泄漏问题。

4.2.1 优化后采用直排方案，可简化暖风器疏水系统，可方便运行检修，降低维护成本，同时取消疏水泵还可减少厂用电的使用。

4.2.2 节约投资，降低工程造价。

4.2.3 取消疏水泵、疏水箱，可降低设备运行风险。

毋庸置疑，“至除氧器”方式系统复杂、故障率高、可用性差；“至凝汽器”方式系统简单、故障率低、可用性高。

5 综合效益评估定洲电厂二期工程在一期暖风器疏水系统改造的基础上总结经验教训，在二期工程对暖风器蒸汽调节系统在招标过程中选择了经济型更好的的疏水侧调节方式，同时向设计院提出了暖风器疏水系统的设计优化，采取了至凝汽器方式的直排疏水方案，在经过一个冬季的运行总结出以下优点：5.1 锅炉暖风器及其自动控制装置运行平稳、可靠、性能良好。